KR20200009114A - Spin-orbit torque bit design for improved switching efficiency - Google Patents

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KR20200009114A
KR20200009114A KR1020200007155A KR20200007155A KR20200009114A KR 20200009114 A KR20200009114 A KR 20200009114A KR 1020200007155 A KR1020200007155 A KR 1020200007155A KR 20200007155 A KR20200007155 A KR 20200007155A KR 20200009114 A KR20200009114 A KR 20200009114A
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패트릭 엠 브라간카
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웨스턴 디지털 테크놀로지스, 인코포레이티드
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Abstract

The present invention relates to a method for a non-volatile memory cell, specifically, a spin-orbit torque MRAM (SOT-MRAM) memory cell for reducing current required for switching individual bits. The SOT-MRAM memory cell of the present invention includes: a first interconnect line having a first longitudinal axis; an oval MTJ bit (bit) having a long axis; and a second interconnect line having a second longitudinal axis perpendicular to the first interconnect line. The bit includes a polarized free layer, a barrier layer, and a polarized reference layer having a magnetic moment pinned at a different angle from a long axis. The long axis is disposed to form an angle with respect to the first and second longitudinal direction axes, the reference layer is disposed as described, and voltage is applied to the interconnect lines, thereby inducing a non-zero equilibrium angle between a spin current or a Rashba field and the free layer. Accordingly, switching dynamics may be more consistent.

Description

개선된 스위칭 효율을 위한 스핀-궤도 토크 비트 설계{SPIN-ORBIT TORQUE BIT DESIGN FOR IMPROVED SWITCHING EFFICIENCY}SPIN-ORBIT TORQUE BIT DESIGN FOR IMPROVED SWITCHING EFFICIENCY}

본 개시의 실시예들은 일반적으로, 비-휘발성 메모리에 관한 것이고, 더 상세하게는, 개선된 스핀 토크 효율을 갖는 자기저항 랜덤 액세스 메모리(MRAM)에 관한 것이다.Embodiments of the present disclosure generally relate to non-volatile memory and, more particularly, to magnetoresistive random access memory (MRAM) with improved spin torque efficiency.

컴퓨터의 핵심은 회전 자기 매체 또는 고체 상태 매체 디바이스를 전형적으로 포함할 수 있는 자기 레코딩 디바이스이다. 컴퓨팅 시스템에서 사용하기 위한 정보를 저장하기 위한 다수의 상이한 메모리 기술들이 오늘날 존재한다. 이러한 상이한 메모리 기술들은, 일반적으로, 2개의 주요한 카테고리들: 휘발성 메모리 및 비-휘발성 메모리로 나눌 수 있다. 휘발성 메모리는 일반적으로, 저장된 데이터를 보유하기 위해 전력을 요구하는 컴퓨터 메모리의 타입들을 지칭할 수 있다. 다른 한편으로, 비-휘발성 메모리는 일반적으로, 저장된 데이터를 보유하기 위해 전력을 요구하지 않는 컴퓨터 메모리의 타입들을 지칭할 수 있다. 비-휘발성 메모리의 예들은 판독-전용 메모리(ROM), 자기저항 RAM(MRAM), 및 플래시 메모리, 예컨대 NOR 및 NAND 플래시 등을 포함할 수 있다.At the heart of the computer is a magnetic recording device, which may typically include rotating magnetic media or solid state media devices. Many different memory technologies exist today for storing information for use in computing systems. These different memory technologies can generally be divided into two main categories: volatile memory and non-volatile memory. Volatile memory may generally refer to the types of computer memory that require power to hold stored data. On the other hand, non-volatile memory may generally refer to types of computer memory that do not require power to hold stored data. Examples of non-volatile memory may include read-only memory (ROM), magnetoresistive RAM (MRAM), and flash memory such as NOR and NAND flash and the like.

최근에, MRAM이 차세대 비-휘발성 메모리로서 점점 더 많은 관심을 끌어 왔다. MRAM은 신속한 액세스 시간, 거의 무한한 판독/기록 내구성, 복사 경도(radiation hardness), 및 고 저장 밀도를 제공한다. 종래의 RAM 칩 기술들과 다르게, MRAM 데이터는 전하로서 저장되지 않고, 대신에, 자기 모멘트들을 사용하여 데이터 비트들이 저장된다. MRAM 디바이스들은 2개의 자기적으로 편극된 층들로 형성된 메모리 요소들을 포함할 수 있고, 그러한 2개의 자기적으로 편극된 층들 각각은, 자기 터널 접합(MTJ) 비트를 함께 형성하는 얇은 절연성 층에 의해 분리되어, 자기 편극 필드를 유지할 수 있다. 얇은 절연성 층은 배리어 층일 수 있다. MTJ 메모리 비트들은 막 표면에 대한 MTJ 비트 구조의 면-내 또는 수직 자화를 위해 설계될 수 있다. 2개의 자성 층들 중 하나는 특정한 극성으로 세팅된 영구 자석이고(즉, 고정된 자화를 가짐); 다른 층의 편극은 강한 자기장 또는 스핀 편극된 전류와 같은 외부 기록 메커니즘의 영향 하에서 변화될 것이다(즉, 자유(free) 자화를 가짐). 그에 따라, 셀들은 셀들이 비-휘발성 메모리 셀들의 역할을 하게 허용하는 2개의 안정적인 상태들을 갖는다.Recently, MRAM has attracted more and more attention as the next generation non-volatile memory. MRAM provides fast access time, nearly infinite read / write endurance, radiation hardness, and high storage density. Unlike conventional RAM chip technologies, MRAM data is not stored as a charge, but instead data bits are stored using magnetic moments. MRAM devices may include memory elements formed of two magnetically polarized layers, each of which is separated by a thin insulating layer that together forms a magnetic tunnel junction (MTJ) bit. Thus, the magnetic polarization field can be maintained. The thin insulating layer can be a barrier layer. MTJ memory bits can be designed for in-plane or perpendicular magnetization of the MTJ bit structure to the film surface. One of the two magnetic layers is a permanent magnet set to a specific polarity (ie, has a fixed magnetization); The polarization of the other layer will change under the influence of an external recording mechanism such as a strong magnetic field or spin polarized current (ie, having free magnetization). As such, the cells have two stable states that allow the cells to act as non-volatile memory cells.

MTJ 메모리 비트를 채용하는 MRAM의 하나의 타입은 스핀-토크-전달 MRAM(STT-MRAM)이고, 여기에서, 비트 상태는 스핀 편극된 전류를 사용하여 기록된다. 그러나, 전형적으로, 셀의 상태를 스위칭하기 위해 대량의 기록 전류가 요구된다. 시간이 지나면서, 배리어 층은 전류의 양으로 인해 파괴될 수 있고, 그에 따라, MTJ가 동작가능하지 않게 될 수 있다. 부가적으로, STT-MRAM 디바이스들에서, 이웃하는 MTJ 비트들을 방해하지 않으면서 기록하기 위해 단일 MTJ 비트를 격리시키는 것이 어려울 수 있고, 개별적인 MTJ 비트를 선택하기 위해 대형 트랜지스터가 필요할 수 있다.One type of MRAM employing MTJ memory bits is spin-torque-transfer MRAM (STT-MRAM), where the bit state is written using spin polarized current. Typically, however, a large amount of write current is required to switch the state of the cell. Over time, the barrier layer may break due to the amount of current, which may render the MTJ inoperable. Additionally, in STT-MRAM devices, it may be difficult to isolate a single MTJ bit for writing without disturbing neighboring MTJ bits, and a large transistor may be needed to select individual MTJ bits.

따라서, 이웃하는 MTJ 비트들을 방해하지 않으면서 개별적인 MTJ 비트들을 선택할 수 있고, 또한, 배리어 층의 파괴를 방지하기 위해 기록 전류의 효율을 향상시킬 수 있는 개선된 MRAM 디바이스에 대한 필요성이 본 기술분야에 존재한다.Thus, there is a need in the art for an improved MRAM device that can select individual MTJ bits without disturbing neighboring MTJ bits, and can also improve the efficiency of write current to prevent destruction of the barrier layer. exist.

본 개시는 일반적으로, 비-휘발성 메모리 디바이스에 관한 것이고, 구체적으로, 개별적인 비트들을 스위칭하는데 요구되는 전류의 양에서의 감소, 뿐만 아니라, 스위칭 신뢰성에서의 향상을 제공하는 스핀 궤도 토크 MRAM(SOT-MRAM) 메모리 셀에 관한 것이다. SOT-MRAM 메모리 셀은 제 1 길이방향 축을 갖는 제 1 상호연결 라인, 긴 축을 갖는 타원형 형상 MTJ 비트, 및 제 1 상호연결 라인에 대해 수직으로 배향된 제 2 길이방향 축을 갖는 제 2 상호연결 라인을 포함한다. 타원형 형상 MTJ 비트의 긴 축은 제 1 길이방향 축 및 제 2 길이방향 축에 관하여 각도를 이루어 배치된다. MTJ 비트는 자기적으로 편극된 자유 층, 자성 층들을 디커플링하기 위해 사용되는 배리어 층, 및 MTJ 비트의 긴 축과 상이한 각도로 피닝된 자기 모멘트를 갖는 자기적으로 편극된 기준(reference) 층을 포함한다. 제 1 길이방향 축 및 제 2 길이방향 축에 관하여 각도를 이루어 MTJ 비트의 긴 축을 배향시키고, MTJ 비트의 긴 축과 상이한 각도로 MTJ 기준 층 모멘트를 배향시키도록 선택함으로써, MTJ 비트에 걸쳐 인가되는 전압 및 상호연결 라인을 따르는 전압의 어떤 조합에 의해 유도되는 스핀 전류들/라쉬바 필드들과 자유 층 모멘트 사이에 비-제로(non-zero) 평형 각도가 유도될 수 있고, 그에 따라, 스위칭 다이나믹스(switching dynamics)가 더 일관성 있게 되고(more coherent), 반전을 위한 인큐베이션 시간(incubation time)이 감소될 수 있다.TECHNICAL FIELD This disclosure relates generally to non-volatile memory devices, and in particular, a spin orbital torque MRAM (SOT-) that provides a reduction in the amount of current required to switch individual bits, as well as an improvement in switching reliability. MRAM) memory cell. The SOT-MRAM memory cell comprises a first interconnection line having a first longitudinal axis, an elliptical shape MTJ bit with an elongated axis, and a second interconnection line having a second longitudinal axis oriented perpendicular to the first interconnection line. Include. The long axis of the elliptical shape MTJ bit is arranged at an angle with respect to the first longitudinal axis and the second longitudinal axis. The MTJ bit includes a magnetically polarized free layer, a barrier layer used to decouple the magnetic layers, and a magnetically polarized reference layer having a magnetic moment pinned at an angle different from the long axis of the MTJ bit. do. Applied over the MTJ bit by selecting to orient the long axis of the MTJ bit at an angle with respect to the first longitudinal axis and the second longitudinal axis, and to orient the MTJ reference layer moment at an angle different from the long axis of the MTJ bit. A non-zero equilibrium angle can be derived between the free layer moment and the spin currents / rush bar fields induced by any combination of voltage and voltage along the interconnect line, thus switching dynamics The switching dynamics are more coherent and the incubation time for inversion can be reduced.

일 실시예에서, 메모리 셀은 제 1 길이방향 축을 갖는 제 1 상호연결 라인, 제 1 상호연결 라인에 대해 수직으로 배치된 제 2 길이방향 축을 갖는 제 2 상호연결 라인, 및 긴 축을 갖는 타원형 형상 비트를 포함한다. 타원형 형상 비트는 제 1 상호연결 라인과 제 2 상호연결 라인 사이에 배치되고, 여기에서, 긴 축은 제 1 길이방향 축 및 제 2 길이방향 축에 관하여 각도를 이루어 배치된다. 타원형 형상 비트는 자유 층, 자기 모멘트를 갖는 기준 층 ― 자기 모멘트는 긴 축과 상이한 각도로 배치됨 ―, 및 자유 층과 기준 층 사이에 배치된 배리어 층을 포함한다.In one embodiment, the memory cell has a first interconnect line having a first longitudinal axis, a second interconnect line having a second longitudinal axis disposed perpendicular to the first interconnect line, and an oval shaped bit having an elongated axis. It includes. The elliptical shape bit is disposed between the first interconnect line and the second interconnect line, wherein the long axis is disposed at an angle with respect to the first longitudinal axis and the second longitudinal axis. The elliptical shape bit includes a free layer, a reference layer having a magnetic moment, the magnetic moment disposed at an angle different from the long axis, and a barrier layer disposed between the free layer and the reference layer.

다른 실시예에서, 메모리 셀은 제 1 길이방향 축을 갖는 상호연결 라인, 상호연결 라인에 대해 수직으로 배치된 개별적인 콘택(contact), 상호연결 라인에 커플링된 타원형 형상 비트 ― 타원형 형상 비트는 긴 축을 갖고, 긴 축은 제 1 길이방향 축에 관하여 각도를 이루어 배치됨 ― 를 포함하며, 여기에서, 타원형 형상 비트는 자유 층, 긴 축과 상이한 각도로 배치된 자기 모멘트를 갖는 기준 층, 및 자유 층과 기준 층 사이에 배치된 배리어 층을 포함한다.In another embodiment, the memory cell comprises an interconnect line having a first longitudinal axis, a separate contact disposed perpendicular to the interconnect line, an elliptical shape bit coupled to the interconnect line, wherein the elliptical shape bit is a long axis. Wherein the long axis is disposed at an angle with respect to the first longitudinal axis, wherein the elliptical shaped bit is a free layer, a reference layer having a magnetic moment disposed at a different angle than the long axis, and the free layer and the reference. And a barrier layer disposed between the layers.

다른 실시예에서, 메모리 어레이는 제 1 길이방향 축을 갖는 제 1 상호연결 라인, 제 1 상호연결 라인에 대해 수직인 제 2 길이방향 축을 갖는 제 2 상호연결 라인, 제 1 상호연결 라인에 대해 평행한 제 3 길이방향 축을 갖는 제 3 상호연결 라인, 제 1 긴 축을 갖는 제 1 타원형 형상 비트, 및 제 2 긴 축을 갖는 제 2 타원형 형상 비트를 포함한다. 제 1 타원형 형상 비트는 제 1 상호연결 라인과 제 2 상호연결 라인 사이에 배치되고, 여기에서, 제 1 긴 축은 제 1 길이방향 축 및 제 2 길이방향 축에 관하여 각도를 이루어 배치된다. 제 1 타원형 형상 비트는 제 1 자유 층, 제 1 자기 모멘트를 갖는 제 1 기준 층 ― 제 1 자기 모멘트는 제 1 긴 축과 상이한 각도로 배치됨 ―, 및 제 1 자유 층과 제 1 기준 층 사이에 배치된 제 1 배리어 층을 포함한다. 제 2 타원형 형상 비트는 제 2 상호연결 라인과 제 3 상호연결 라인 사이에 배치되고, 여기에서, 제 2 긴 축은 제 2 길이방향 축 및 제 3 길이방향 축에 관하여 각도를 이루어 배치된다. 제 2 타원형 형상 비트는 제 2 자유 층, 제 2 자기 모멘트를 갖는 제 2 기준 층 ― 제 2 자기 모멘트는 제 2 긴 축과 상이한 각도로 배치됨 ―, 및 제 2 자유 층과 제 2 기준 층 사이에 배치된 제 2 배리어 층을 포함한다.In another embodiment, the memory array includes a first interconnect line having a first longitudinal axis, a second interconnect line having a second longitudinal axis perpendicular to the first interconnect line, parallel to the first interconnect line. A third interconnect line having a third longitudinal axis, a first elliptical shape bit having a first long axis, and a second elliptical shape bit having a second long axis. The first elliptical shape bit is disposed between the first interconnect line and the second interconnect line, wherein the first long axis is disposed at an angle with respect to the first longitudinal axis and the second longitudinal axis. The first elliptical shape bit comprises a first free layer, a first reference layer having a first magnetic moment, the first magnetic moment disposed at an angle different from the first long axis, and between the first free layer and the first reference layer. And a first barrier layer disposed. The second elliptical shape bit is disposed between the second interconnect line and the third interconnect line, wherein the second long axis is disposed at an angle with respect to the second longitudinal axis and the third longitudinal axis. The second elliptical shape bit is a second free layer, a second reference layer having a second magnetic moment, wherein the second magnetic moment is disposed at an angle different from the second long axis, and between the second free layer and the second reference layer. A second barrier layer disposed.

MTJ 비트에 걸쳐 인가되는 전압 및 상호연결 라인을 따르는 전압의 어떤 조합에 의해 유도되는 스핀 전류들/라쉬바 필드들과 자유 층 모멘트 사이에 비-제로 평형 각도가 유도될 수 있고, 그에 따라, 스위칭 다이나믹스가 더 일관성 있게 되고, 반전을 위한 인큐베이션 시간이 감소될 수 있다.A non-zero equilibrium angle can be induced between the free layer moment and the spin currents / rush bar fields induced by any combination of voltage applied across the MTJ bit and voltage along the interconnect line, thus switching Dynamics become more consistent and the incubation time for reversal can be reduced.

본 개시의 위에서 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있게 하도록, 위에서 간략하게 요약된 본 개시의 더 특정한 설명이 실시예들을 참조하여 이루어질 수 있는데, 그러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에서 예시된다. 그러나, 첨부된 도면들이 본 개시의 단지 전형적인 실시예들만을 예시하고, 그에 따라, 본 개시의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하는 것이 유의되어야 하는데, 이는, 본 개시가 다른 동등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
도 1a는 일 실시예에 따른 SOT-MRAM 메모리 셀의 개략적인 예시이다.
도 1b는 도 1a의 SOT-MRAM 메모리 셀의 개략적인 상면 평면도이다.
도 1c는 일 실시예에 따른 SOT-MRAM 메모리 셀의 자유 및 기준 층들의 개략도이다.
도 1d는 일 실시예에 따른 메모리 비트의 개략적인 측면도이다.
도 1e는 다른 실시예에 따른 메모리 비트의 개략적인 측면도이다.
도 1f는 일 실시예에 따른 SOT-MRAM 메모리 셀의 개략적인 측면도이다.
도 1g는 다른 실시예에 따른 SOT-MRAM 메모리 셀의 개략적인 측면도이다.
도 1h는 일 실시예에 따른 SOT-MRAM 메모리 셀의 상태의 개략도이다.
도 1i는 다른 실시예에 따른 SOT-MRAM 메모리 셀의 상태의 개략도이다.
도 2a는 일 실시예에 따른 메모리 어레이의 개략도이다.
도 2b는 일 실시예에 따른 SOT-MRAM 메모리 어레이의 개략적인 사시도이다.
도 3a는 SOT-MRAM 메모리 셀의 개략적인 평면도이다.
도 3b는 도 3a의 SOT-MRAM 메모리 셀의 기준 층 및 자유 층의 개략도이다.
도 3c는 일 실시예에 따른 SOT-MRAM 메모리 셀의 개략적인 측면도이다.
도 3d는 일 실시예에 따른 SOT-MRAM 메모리 셀의 개략적인 측면도이다.
도 3e는 다른 실시예에 따른 SOT-MRAM 메모리 어레이의 개략적인 예시이다.
이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 공통인 동일한 요소들을 지정하는데 가능한 한 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예에 개시된 요소들이 구체적으로 상술 없이 다른 실시예들에서 유익하게 활용될 수 있다는 점이 고려된다.
To enable the above-listed features of the present disclosure to be understood in detail, a more specific description of the present disclosure briefly summarized above may be made with reference to embodiments, some of which are illustrated in the accompanying drawings. It should be noted, however, that the appended drawings illustrate only typical embodiments of this disclosure and, therefore, should not be considered as limiting the scope of the disclosure, which is not intended to limit other equally effective embodiments of the present disclosure. This is because it can be allowed.
1A is a schematic illustration of a SOT-MRAM memory cell according to one embodiment.
FIG. 1B is a schematic top plan view of the SOT-MRAM memory cell of FIG. 1A.
1C is a schematic diagram of free and reference layers of a SOT-MRAM memory cell according to one embodiment.
1D is a schematic side view of a memory bit in accordance with one embodiment.
1E is a schematic side view of a memory bit in accordance with another embodiment.
1F is a schematic side view of a SOT-MRAM memory cell according to one embodiment.
1G is a schematic side view of a SOT-MRAM memory cell according to another embodiment.
1H is a schematic diagram of states of a SOT-MRAM memory cell according to one embodiment.
1I is a schematic diagram of states of a SOT-MRAM memory cell according to another embodiment.
2A is a schematic diagram of a memory array according to one embodiment.
2B is a schematic perspective view of a SOT-MRAM memory array according to one embodiment.
3A is a schematic top view of a SOT-MRAM memory cell.
3B is a schematic diagram of a reference layer and a free layer of the SOT-MRAM memory cell of FIG. 3A.
3C is a schematic side view of a SOT-MRAM memory cell according to one embodiment.
3D is a schematic side view of a SOT-MRAM memory cell according to one embodiment.
3E is a schematic illustration of a SOT-MRAM memory array according to another embodiment.
In order to facilitate understanding, the same reference numerals are used as much as possible to designate the same elements common to the figures. It is contemplated that elements disclosed in one embodiment may be beneficially utilized in other embodiments without specifically describing it.

이하에서, 본 개시의 실시예들이 참조된다. 그러나, 본 개시가 설명하는 특정 실시예들에 제한되지 않는다는 점이 이해되어야 한다. 대신에, 상이한 실시예들에 관련되거나 또는 그렇지 않거나, 이하의 특징들 및 요소들의 임의의 조합이 본 개시를 구현하고 실시하기 위해 고려된다. 게다가, 본 개시의 실시예들이 다른 가능한 해결법들 및/또는 종래 기술을 능가하는 이점들을 달성할 수 있지만, 특정 이점이 주어진 실시예에 의해 달성되는지 아닌지 여부는 본 개시를 제한하지 않는다. 따라서, 이하의 양태들, 특징들, 실시예들 및 이점들은, 단지 예시적이고 청구항(들)에서 명확히 열거되는 경우를 제외하고 첨부된 청구항들의 요소들 또는 제한들인 것으로 고려되지 않는다. 마찬가지로, "본 개시"에 대한 언급은, 본원에서 개시되는 임의의 본 발명의 대상의 일반화로서 해석되지 않아야 하고, 청구항(들)에서 명시적으로 기재되는 경우를 제외하고, 첨부된 청구항들의 요소 또는 제한인 것으로 고려되지 않아야 한다.In the following, reference is made to embodiments of the present disclosure. However, it should be understood that the present disclosure is not limited to the specific embodiments described. Instead, any combination of the following features and elements, or related to different embodiments, is contemplated for implementing and implementing the present disclosure. In addition, although embodiments of the present disclosure may achieve advantages over other possible solutions and / or prior art, whether a particular advantage is achieved by a given embodiment or not does not limit the disclosure. Accordingly, the following aspects, features, embodiments, and advantages are not considered to be elements or limitations of the appended claims, except as illustrative and clearly enumerated in the claim (s). Likewise, reference to "the present disclosure" is not to be construed as a generalization of any subject matter of the invention disclosed herein, except as explicitly stated in the claim (s) or in the elements of the appended claims. It should not be considered limiting.

본 개시는 일반적으로, 비-휘발성 메모리 디바이스에 관한 것이고, 구체적으로, 개별적인 비트들을 스위칭하는데 요구되는 전류의 양에서의 감소, 뿐만 아니라, 스위칭 신뢰성에서의 향상을 제공하는 스핀 궤도 토크 MRAM(SOT-MRAM) 메모리 셀에 관한 것이다. SOT-MRAM 메모리 셀은 제 1 길이방향 축을 갖는 제 1 상호연결 라인, 긴 축을 갖는 타원형 형상 MTJ 비트, 및 제 1 상호연결 라인에 대해 수직으로 배향된 제 2 길이방향 축을 갖는 제 2 상호연결 라인을 포함한다. 타원형 형상 MTJ 비트의 긴 축은 제 1 길이방향 축 및 제 2 길이방향 축에 관하여 각도를 이루어 배치된다. MTJ 비트는 자기적으로 편극된 자유 층, 자성 층들을 디커플링하기 위해 사용되는 배리어 층, 및 MTJ 비트의 긴 축과 상이한 각도로 피닝된 자기 모멘트를 갖는 자기적으로 편극된 기준 층을 포함한다. 제 1 길이방향 축 및 제 2 길이방향 축에 관하여 각도를 이루어 MTJ 비트의 긴 축을 배향시키고, MTJ 비트의 긴 축과 상이한 각도로 MTJ 기준 층 모멘트를 배향시킴으로써, MTJ 비트에 걸쳐 인가되는 전압 및 상호연결 라인을 따르는 전압의 어떤 조합에 의해 유도되는 스핀 전류들/라쉬바 필드들과 자유 층 모멘트 사이에 비-제로 평형 각도가 유도될 수 있고, 그에 따라, 스위칭 다이나믹스가 더 일관성 있게 되고, 반전을 위한 인큐베이션 시간이 감소될 수 있다.TECHNICAL FIELD This disclosure relates generally to non-volatile memory devices, and in particular, a spin orbital torque MRAM (SOT-) that provides a reduction in the amount of current required to switch individual bits, as well as an improvement in switching reliability. MRAM) memory cell. The SOT-MRAM memory cell comprises a first interconnection line having a first longitudinal axis, an elliptical shape MTJ bit with an elongated axis, and a second interconnection line having a second longitudinal axis oriented perpendicular to the first interconnection line. Include. The long axis of the elliptical shape MTJ bit is arranged at an angle with respect to the first longitudinal axis and the second longitudinal axis. The MTJ bit includes a magnetically polarized free layer, a barrier layer used to decouple the magnetic layers, and a magnetically polarized reference layer having a magnetic moment pinned at an angle different from the long axis of the MTJ bit. The voltage and mutual applied across the MTJ bits by orienting the long axis of the MTJ bit at an angle with respect to the first longitudinal axis and the second longitudinal axis, and orienting the MTJ reference layer moment at an angle different from the long axis of the MTJ bit. A non-zero equilibrium angle can be induced between the free currents and the spin currents / rush bar fields induced by any combination of voltages along the connection line, thereby making the switching dynamics more consistent and inverting Incubation time for can be reduced.

도 1a는 일 실시예에 따른 SOT-MRAM 메모리 셀(100)의 개략적인 예시이다. 메모리 셀(100)은 스핀-홀-효과-기반 MRAM(SHE-MRAM) 또는 라쉬바 효과(Rashba effect) MRAM일 수 있다. 메모리 셀(100)은 제 1 길이방향 축(105a)을 갖는 제 1 상호연결 라인(105), 제 1 상호연결 라인(105)에 대해 수직인 제 2 길이방향 축(110a)을 갖는 제 2 상호연결 라인(110), 및 제 1 길이방향 축(105a) 및 제 2 길이방향 축(110a)에 관하여 각도를 이루어 배치된 긴 축(115a)을 갖는 타원형 형상 비트(115)를 갖는다. 자기 터널 접합 메모리 요소 또는 타원형 형상 비트(115)는 자유 자화를 갖는 자유 층(120), 고정된 또는 피닝된 자기 모멘트(125a)를 갖는 기준 층(125), 및 자유 층(120)과 기준 층(125) 사이에 배치된 자성 층들을 디커플링하기 위해 사용되는 배리어 층(130)을 포함한다. 기준 층(125)의 자기 모멘트(125a)는 긴 축(115a)과 상이한 각도로 배치된다. 부가적인 층들이 자유 층(120)과 각각의 상호연결 라인(105, 110) 사이에, 뿐만 아니라, 기준 층(125)과 각각의 상호연결 라인(105, 110) 사이에 존재할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예컨대, 반강자성 층, 합성 반강자성 구조, 또는 캐핑(capping) 층이 존재할 수 있다.1A is a schematic illustration of a SOT-MRAM memory cell 100 according to one embodiment. The memory cell 100 may be a spin-hole-effect-based MRAM (SHE-MRAM) or a Rashba effect MRAM. Memory cell 100 has a first interconnect line 105 having a first longitudinal axis 105a, a second interconnect with a second longitudinal axis 110a perpendicular to the first interconnect line 105. It has an elliptical shape bit 115 having a connecting line 110 and an elongated axis 115a disposed at an angle with respect to the first longitudinal axis 105a and the second longitudinal axis 110a. The magnetic tunnel junction memory element or elliptical shape bit 115 may comprise a free layer 120 with free magnetization, a reference layer 125 with a fixed or pinned magnetic moment 125a, and a free layer 120 and a reference layer. Barrier layer 130 used to decouple the magnetic layers disposed between the 125. The magnetic moment 125a of the reference layer 125 is disposed at an angle different from the long axis 115a. It should be understood that additional layers may exist between the free layer 120 and each interconnect line 105, 110, as well as between the reference layer 125 and each interconnect line 105, 110. do. For example, antiferromagnetic layers, synthetic antiferromagnetic structures, or capping layers may be present.

타원형 형상 비트(115)는 높이, 긴 직경, 및 짧은 직경을 갖는 타원형 실린더이고, 여기에서, 긴 직경은 짧은 직경보다 더 크다. 타원형 형상 비트(115)의 긴 직경은 긴 축(115a)과 동등하다. 일 실시예에서, 긴 축(115a)은 제 1 상호연결 라인(105) 및 제 2 상호연결 라인(110) 양자 모두의 폭들과 동일하다. 일 실시예에서, 타원형 형상 비트(115)의 긴 축(115a)은 제 2 길이방향 축(110a)으로부터 5 내지 60 도로 배향된다. 일 실시예에서, 타원형 형상 비트(115)의 긴 축(115a)은 제 1 길이방향 축(105a)으로부터 30 도 내지 85 도로 배향된다. 일 실시예에서, 비트는 자유 층(120)이 제 2 길이방향 축(110a)으로부터 5 도 내지 60 도의 각도로 제 2 상호연결(110)과 접촉하도록 배향될 수 있다. 다른 실시예에서, 비트는 자유 층(120)이 제 1 길이방향 축(105a)으로부터 5 도 내지 60 도의 각도로 제 1 상호연결(105)과 접촉하도록 배향될 수 있다. 일 실시예에서, 긴 축(115a)은 제 1 길이방향 축(105a)으로부터 5 도 내지 60 도의 각도로 배치된다.The elliptical shape bit 115 is an elliptical cylinder having a height, a long diameter, and a short diameter, where the long diameter is larger than the short diameter. The long diameter of the elliptical shape bit 115 is equivalent to the long axis 115a. In one embodiment, the long axis 115a is equal to the widths of both the first interconnect line 105 and the second interconnect line 110. In one embodiment, the long axis 115a of the elliptical shape bit 115 is oriented 5 to 60 degrees from the second longitudinal axis 110a. In one embodiment, the long axis 115a of the elliptical shape bit 115 is oriented from 30 degrees to 85 degrees from the first longitudinal axis 105a. In one embodiment, the bit may be oriented such that the free layer 120 contacts the second interconnect 110 at an angle of 5 degrees to 60 degrees from the second longitudinal axis 110a. In another embodiment, the bit may be oriented such that the free layer 120 contacts the first interconnect 105 at an angle of 5 degrees to 60 degrees from the first longitudinal axis 105a. In one embodiment, the long axis 115a is disposed at an angle of 5 degrees to 60 degrees from the first longitudinal axis 105a.

타원형 형상 비트(115)는 긴 축(115a)을 따르는 단축 이방성(uniaxial anisotropy)을 타원형 형상 비트(115)에 제공하도록 패터닝되어, 자유 층(120)이 긴 축(115a)을 따르는 2개의 방향들 중 하나의 방향으로만 포인팅(point)하게 될 것을 보장한다. 패터닝된 형상의 결과로서, 단축 이방성 에너지가 충분히 자연스럽게 형성되어, 자유 층(120)이 자발적으로 스위칭되는 것을 방지하기 위한 배리어가 생성되고, 그에 따라, 보유가 보장된다. 단축 이방성 에너지는 공식 1/2MsHkV에 의해 결정되고, 여기에서, Ms는 포화 자화이고, Hk는 이방성 필드이고, V는 체적이다. 기록은 자유 층(120)을 통해 스핀 편극된 전류를 통과시킴으로써 발생한다. 스핀 편극된 전류가 자유 층(120) 상에 토크를 가하여, 자유 층(120)이 이방성 에너지 배리어를 극복하고 배향을 스위칭하게 허용한다. 자유 층에 커플링된 상호연결(105)을 통해 전류를 통과시킴으로써 생성되는 스핀 홀 효과들 및/또는 라쉬바 효과들은 타원형 형상 비트(115)를 포함하는 개별적인 비트들의 기록성을 향상시키는 것을 도울 수 있다. 라쉬바 효과들, 단지 스핀 홀 효과들, 또는 라쉬바 효과들과 스핀 홀 효과들의 조합이 개별적인 비트들의 기록성을 향상시키기 위해 선택될 수 있다. 이웃하는 메모리 셀들을 방해하지 않으면서 개별적인 메모리 셀이 기록될 수 있다. 부가적으로, 선택된 메모리 셀만이 기록되는 것을 보장하기 위해, 이웃하는 메모리 셀들에서의 라쉬바 및/또는 스핀 홀 효과들이 억제될 수 있고, 이는 다르게, 반-선택 스킴(half-select scheme)이라고 알려져 있다. 반대의 경우가 또한 발생할 수 있고, 즉, 스핀 홀 효과들 및/또는 라쉬바 효과들이 주 기록 메커니즘일 수 있고, MTJ 비트를 통해 흐르는 스핀 편극된 전류가 기록성을 향상시키고 적절한 비트 선택을 보장하는 것을 도울 수 있다는 것이 이해된다.The elliptical shape bit 115 is patterned to provide uniaxial anisotropy along the long axis 115a to the elliptical shape bit 115 so that the free layer 120 is in two directions along the long axis 115a. It ensures that you will only point in one direction. As a result of the patterned shape, uniaxial anisotropic energy is formed sufficiently naturally, creating a barrier to prevent the free layer 120 from spontaneously switching, thus ensuring retention. Uniaxial anisotropy energy is determined by the formula 1 / 2M s H k V, where M s is saturated magnetization, H k is anisotropic field, and V is volume. Writing occurs by passing spin polarized current through the free layer 120. Spin polarized current forces torque on the free layer 120, allowing the free layer 120 to overcome the anisotropic energy barrier and switch orientation. Spin hole effects and / or lash bar effects generated by passing a current through an interconnect 105 coupled to a free layer may help to improve the writeability of individual bits including elliptical shaped bits 115. . The lash bar effects, only spin hole effects, or a combination of lash bar effects and spin hole effects can be selected to improve the writeability of individual bits. Individual memory cells can be written without disturbing neighboring memory cells. Additionally, to ensure that only selected memory cells are written, lash bars and / or spin hole effects in neighboring memory cells can be suppressed, which is otherwise known as a half-select scheme. have. The opposite case may also occur, i.e., the spin hole effects and / or lashbar effects may be the main write mechanism, and that the spin polarized current flowing through the MTJ bit improves writeability and ensures proper bit selection. It is understood that I can help.

도 1b는 제 1 상호연결 라인(105) 및 제 2 상호연결 라인(110)에 관하여 어떤 각도를 이루는 타원형 형상 비트(115)의 배치를 도시하는 도 1a의 SOT-MRAM 메모리 셀(100)의 개략적인 상면 평면도이다. 다른 시스템들에서, 기준 층(125)의 피닝(pinning)은, 자유 층(120)과 상호작용하는 전류의 스핀 편극이 자화에 대해 공선적이도록, 타원형 형상 비트(115)의 긴 축(115a)에 대해 평행하게 이루어진다. 자유 층(120)을 스위칭하기 위해 요구되는 스핀 토크의 세기가 자유 및 기준 층 모멘트들 사이의 각도의 사인에 대해 비례하기 때문에, 층들 사이의 각도가 0 도 또는 180 도인 자유 층(120) 및 기준 층(125)의 공선적인 배향은 사인을 발생시키고, 그에 따라, 스핀 토크가 제로가 된다. 따라서, 스위칭은 층들 사이의 작은 오정렬을 유도하기 위해 자기 모멘트들의 열적 변동(thermal fluctuation)들을 요구하고, 그에 따라, 전류가 자유 층(120)을 통해 흐르기 시작함에 따라, 진동이 이방성 에너지 배리어를 극복하여 자유 층(125)이 배향을 스위칭하게 허용할 정도로 충분히 크게 될 때까지, 자유 층(120)은 진동하여 진폭을 증가시키기 시작한다. 이러한 열적 변동들이 랜덤 프로세스이기 때문에, 프로세싱을 시작하기 위해 요구되는 초기 시간(인큐베이션 시간이라고 알려짐), 및 그에 따라, 개별적인 비트 뿐만 아니라 전체 비트 어레이에 대한 총 스위칭 시간이 하나의 기록 시도와 다음 기록 시도 간에 변화될 수 있다.FIG. 1B is a schematic of the SOT-MRAM memory cell 100 of FIG. 1A showing the arrangement of elliptical shaped bits 115 at an angle with respect to the first interconnect line 105 and the second interconnect line 110. Phosphorus top view. In other systems, the pinning of the reference layer 125 is such that the long axis 115a of the elliptical shaped bit 115 is such that the spin polarization of the current interacting with the free layer 120 is collinear with respect to magnetization. Is made parallel to. Since the strength of the spin torque required to switch the free layer 120 is proportional to the sine of the angle between the free and reference layer moments, the free layer 120 and the reference between the layers are 0 degrees or 180 degrees. The collinear orientation of layer 125 results in a sine, resulting in zero spin torque. Thus, switching requires thermal fluctuations of the magnetic moments to induce a small misalignment between the layers, and as the current begins to flow through the free layer 120, vibrations overcome the anisotropic energy barrier. The free layer 120 begins to oscillate and increase in amplitude until the free layer 125 is large enough to allow the orientation to switch. Since these thermal variations are random processes, the initial time required to start processing (known as incubation time), and, accordingly, the total switching time for the entire bit array, as well as individual bits, is one write attempt and the next write attempt. It can change in the liver.

도 1c가 예시하는 바와 같이, 긴 축(115a)과 상이한 각도로 기준 층(125)의 자기 모멘트(125a)을 피닝함으로써, 자유 층(120) 상에 스핀 토크를 가하기 위한 초기 상태가 제로보다 더 큰 양으로부터 시작되고, 이는, 인큐베이션 시간을 제거하고, 스위칭 효율 및 일관성(coherency)을 크게 향상시킨다. 일 실시예에서, 기준 층(125)의 자기 모멘트(125a)은 타원형 형상 비트(115)의 긴 축(115a)으로부터 5 내지 60 도의 각도로 배치된다.As illustrated in FIG. 1C, by pinning the magnetic moment 125a of the reference layer 125 at an angle different from the elongated axis 115a, the initial state for applying spin torque on the free layer 120 is greater than zero. Starting from a large amount, this eliminates incubation time and greatly improves switching efficiency and coherency. In one embodiment, the magnetic moment 125a of the reference layer 125 is disposed at an angle of 5 to 60 degrees from the long axis 115a of the elliptical shaped bit 115.

기준 층(125)은 IrMn, PtMn, NiMn, NiO, 또는 FeMn과 같은 반강자성 층을 사용함으로써 단순히 피닝될 수 있다. 일 실시예에서, 타원형 형상 비트(115)는 비자성 층을 통해 커플링된 2개의 자성 층들을 갖는 합성 반강자성체(SAF) 고정된 층을 사용할 수 있다. 특정한 실시예들에서, 고정된 강자성체 층은, Co와 Pt, Co와 팔라듐(Pd), Co와 Ni, 및/또는 이들의 조합들 및 혼합물들의 초격자들, 또는 B, Ge, 백금(Pt), 및/또는 Mn과 함께 Ni, Fe, Co, 또는 이들의 조합을 포함하는 합금을 포함하는 단일 강자성체일 수 있다. 특정한 실시예들에서, 비자성 층은 루테늄(Ru)을 포함한다. 특정한 실시예들에서, SAF는 제 1 강자성체 층, 제 2 강자성체 층, 및 제 1 강자성체 층과 제 2 강자성체 층 사이에 배치된 루테늄(Ru) 층을 포함한다.Reference layer 125 may be simply pinned by using an antiferromagnetic layer such as IrMn, PtMn, NiMn, NiO, or FeMn. In one embodiment, the elliptical shaped bit 115 may use a synthetic antiferromagnetic (SAF) fixed layer having two magnetic layers coupled through a nonmagnetic layer. In certain embodiments, the fixed ferromagnetic layer is a superlattice of Co and Pt, Co and palladium (Pd), Co and Ni, and / or combinations and mixtures thereof, or B, Ge, platinum (Pt) And / or a single ferromagnetic material comprising an alloy comprising Ni, Fe, Co, or a combination thereof with Mn. In certain embodiments, the nonmagnetic layer includes ruthenium (Ru). In certain embodiments, the SAF includes a first ferromagnetic layer, a second ferromagnetic layer, and a ruthenium (Ru) layer disposed between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer.

특정한 실시예들에서, 타원형 형상 비트(115)는 하단 시딩 하층, 피닝 층, 및/또는 캐핑 층을 포함할 수 있다. 도 1d는 타원형 형상 비트(115)의 일 실시예의 측면도를 도시한다. 타원형 형상 비트(115)는 반강자성 층(135), 기준 층(125), 배리어 층(130), 및 자유 층(120)을 포함한다. 타원형 형상 비트(115)는 제 1 상호연결 라인(105)과 제 2 상호연결 라인(110) 사이에 배치되고, 이는 도시되지 않는다. 반강자성 층(135)은 기준 층(125)에 커플링되고, 제 1 상호연결 라인(105) 또는 제 2 상호연결 라인(110)에 커플링될 수 있다. 배리어 층(130)은 기준 층(125)과 자유 층(120) 사이에 배치된다.In certain embodiments, elliptical shape bit 115 may include a bottom seeding underlayer, a pinning layer, and / or a capping layer. 1D shows a side view of one embodiment of elliptical shaped bits 115. The elliptical shape bit 115 includes an antiferromagnetic layer 135, a reference layer 125, a barrier layer 130, and a free layer 120. An elliptical shape bit 115 is disposed between the first interconnect line 105 and the second interconnect line 110, which is not shown. The antiferromagnetic layer 135 may be coupled to the reference layer 125 and may be coupled to the first interconnect line 105 or the second interconnect line 110. The barrier layer 130 is disposed between the reference layer 125 and the free layer 120.

도 1e는 타원형 형상 비트(115)의 다른 실시예의 측면도를 도시한다. 타원형 형상 비트(115)는 합성 반강자성 층(145), 배리어 층(130), 및 자유 층(120)을 포함한다. 합성 반강자성 층(145)은 기준 층(125)을 포함한다. 특정한 실시예들에서, SAF는 제 1 강자성체 층, 제 2 강자성체 층, 및 제 1 강자성체 층과 제 2 강자성체 층 사이에 배치된 루테늄(Ru) 층을 포함한다. 배리어 층(130)에 인접한 강자성체 층이 기준 층(125)이다. 타원형 형상 비트(115)는 제 1 상호연결 라인(105)과 제 2 상호연결 라인(110) 사이에 배치되고, 이는 도시되지 않는다. 합성 반강자성 층(145)은 제 1 상호연결 라인(105) 또는 제 2 상호연결 라인(110)에 커플링될 수 있다. 배리어 층(130)은 기준 층(125)과 자유 층(120) 사이에 배치된다.1E shows a side view of another embodiment of elliptical shaped bit 115. The elliptical shape bit 115 includes a composite antiferromagnetic layer 145, a barrier layer 130, and a free layer 120. Synthetic antiferromagnetic layer 145 includes reference layer 125. In certain embodiments, the SAF includes a first ferromagnetic layer, a second ferromagnetic layer, and a ruthenium (Ru) layer disposed between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer. The ferromagnetic layer adjacent the barrier layer 130 is the reference layer 125. An elliptical shape bit 115 is disposed between the first interconnect line 105 and the second interconnect line 110, which is not shown. The composite antiferromagnetic layer 145 may be coupled to the first interconnect line 105 or the second interconnect line 110. The barrier layer 130 is disposed between the reference layer 125 and the free layer 120.

도 1f는 SOT-MRAM 메모리 셀(100)의 일 실시예의 측면도를 도시한다. 타원형 형상 비트(115)는 제 1 상호연결 라인(105)에 커플링된 자유 층(120), 및 제 2 상호연결 라인(110) 상에 직접적으로 배치된 기준 층(125)을 포함한다. 자유 층(120) 및 기준 층(125)은 붕소 (B), 게르마늄 (Ge), 및/또는 망간 (Mn)과 함께 니켈(Ni), 철(Fe), 구리(Co), 또는 이들의 합금 조합을 포함할 수 있다. 자유 층(120)은 약 1 nm 내지 6 nm의 두께를 가질 수 있고, 기준 층(125)은 약 1 nm 내지 6 nm의 두께를 가질 수 있다. 배리어 층(130)은 자유 층(120)과 기준 층(125) 사이에 배치된다. 배리어 층(130)은 마그네슘 산화물(MgO), 하프늄 산화물(HfO), 또는 알루미늄 산화물(AlOx)과 같은 산화물로 구성될 수 있고, 약 0.7 nm 내지 3 nm의 두께를 가질 수 있다. 자유 층에 커플링된 상호연결 라인(도 1f에서의 제 1 상호연결(105))은 스핀 홀 및/또는 라쉬바 효과들을 생성하기 위해 약 4 내지 20 nm의 두께를 갖는 Pt, Ta, W, Hf, Ir, CuBi, CuIr, 또는 AuW와 같은 강한 스핀 궤도 커플링을 갖는 재료로 구성될 수 있고, 기준 층(125)에 커플링된 제 2 상호연결 라인(110)은 구리 또는 알루미늄으로 구성될 수 있고, 약 20 nm 내지 100 nm의 두께를 가질 수 있다.1F illustrates a side view of one embodiment of a SOT-MRAM memory cell 100. The elliptical shape bit 115 includes a free layer 120 coupled to the first interconnect line 105, and a reference layer 125 disposed directly on the second interconnect line 110. The free layer 120 and the reference layer 125 together with boron (B), germanium (Ge), and / or manganese (Mn) are nickel (Ni), iron (Fe), copper (Co), or alloys thereof. Combinations. The free layer 120 may have a thickness of about 1 nm to 6 nm, and the reference layer 125 may have a thickness of about 1 nm to 6 nm. The barrier layer 130 is disposed between the free layer 120 and the reference layer 125. The barrier layer 130 may be made of an oxide such as magnesium oxide (MgO), hafnium oxide (HfO), or aluminum oxide (AlO x ), and may have a thickness of about 0.7 nm to 3 nm. The interconnect line (first interconnect 105 in FIG. 1F) coupled to the free layer is formed of Pt, Ta, W, having a thickness of about 4-20 nm to produce spin hole and / or lash bar effects. The second interconnect line 110 coupled to the reference layer 125 may be comprised of a material having a strong spin orbital coupling such as Hf, Ir, CuBi, CuIr, or AuW. And may have a thickness of about 20 nm to 100 nm.

도 1g는 SOT-MRAM 메모리 셀(100)의 다른 실시예를 예시하고, 여기에서, 타원형 형상 비트(115)는 제 1 상호연결 라인(105)에 커플링된 기준 층(125),및 제 2 상호연결 라인(110) 상에 직접적으로 배치된 자유 층(120)을 포함한다. 제 1 상호연결 라인(105) 및 제 2 상호연결 라인(110)은 판독 동작들을 위한 워드 라인 및 비트 라인일 수 있다. 제 1 상호연결 라인(105) 및 제 2 상호연결 라인(110)은 기록 동작들을 위한 워드 라인 및 비트 라인일 수 있다. 배리어 층(130)은 자유 층(120)과 기준 층(125) 사이에 배치된다.FIG. 1G illustrates another embodiment of a SOT-MRAM memory cell 100, wherein the elliptical shape bits 115 are coupled to a reference layer 125 coupled to a first interconnect line 105, and a second. And a free layer 120 disposed directly on the interconnect line 110. The first interconnect line 105 and the second interconnect line 110 may be word lines and bit lines for read operations. The first interconnect line 105 and the second interconnect line 110 may be word lines and bit lines for write operations. The barrier layer 130 is disposed between the free layer 120 and the reference layer 125.

타원형 형상 비트(115)는 1 또는 0을 표현하는 상태에 있을 수 있고, 여기에서, 자유 층 모멘트(120)의 컴포넌트는, 각각, 기준 층 모멘트(125a)에 대해 실질적으로 역평행하거나 또는 평행하다. 비트(115)의 저항은 배리어 층(130)과 인터페이싱하는 기준 층(125) 및 자유 층(120)의 자기 모멘트들의 상대적인 배향에 따라 좌우된다. 자유 층(120)의 자기 모멘트가, 도 1h에서 보이는 바와 같이, 기준 모멘트(125a)와 실질적으로 평행한 구성에 있는 경우에, 타원형 형상 비트(115)는 0을 표현하는 상태에 있다. 자유 층 모멘트(120)의 컴포넌트가, 도 1i에서 보이는 바와 같이, 기준 모멘트(125a)와 실질적으로 역평행한 구성에 있는 경우에, 타원형 형상 비트(115)는 1을 표현하는 상태에 있다.The elliptical shape bit 115 may be in a state representing 1 or 0, where the components of the free layer moment 120 are substantially antiparallel or parallel to the reference layer moment 125a, respectively. . The resistance of the bit 115 depends on the relative orientation of the magnetic moments of the reference layer 125 and the free layer 120 that interface with the barrier layer 130. When the magnetic moment of the free layer 120 is in a configuration that is substantially parallel to the reference moment 125a, as shown in FIG. 1H, the elliptical shape bits 115 are in a state of expressing zero. When the component of the free layer moment 120 is in a configuration that is substantially antiparallel to the reference moment 125a, as shown in FIG. 1I, the elliptical shape bit 115 is in a state of representing one.

도 2a는 일 실시예에 따른 메모리 어레이(240)를 예시한다. 메모리 어레이(240)는 복수의 하단 상호연결 라인들, 하단 상호연결 라인들에 대해 수직으로 배치된 복수의 상단 상호연결 라인들, 및 복수의 하단 상호연결 라인들과 복수의 상단 상호연결 라인들 사이에 배치된 복수의 타원형 형상 비트들로 구성된다. 일 예에 따르면, 도 2b에서, 메모리 어레이(240)는 제 1 상호연결 라인(205), 제 1 상호연결 라인(205)에 대해 수직으로 배치된 제 2 상호연결 라인(210), 제 1 상호연결 라인(205)에 대해 평행하게 배치된 제 3 상호연결 라인(220), 제 1 긴 축을 갖는 제 1 타원형 형상 비트(215), 및 제 2 긴 축을 갖는 제 2 타원형 형상 비트(225)를 포함한다. 도시되지 않지만, 제 1 타원형 형상 비트(215)가 타원형 형상 비트(115)와 유사한 배치를 갖는다는 것이 이해될 수 있다. 제 1 타원형 형상 비트(215)는 제 1 상호연결 라인(205)과 제 2 상호연결 라인(210) 사이에 배치된다. 제 1 타원형 형상 비트(215)는 제 1 자유 층, 제 1 긴 축과 상이한 각도로 배치된 제 1 자기 모멘트를 갖는 제 1 기준 층, 및 제 1 자유 층과 제 1 기준 층 사이에 배치된 제 1 배리어 층을 포함한다. 제 2 타원형 형상 비트(225)는 제 2 상호연결 라인(210)과 제 3 상호연결 라인(220) 사이에 배치된다. 제 2 타원형 형상 비트(225)는 제 2 자유 층, 제 2 긴 축과 상이한 각도로 배치된 제 2 자기 모멘트를 갖는 제 2 기준 층, 및 제 2 자유 층과 제 2 기준 층 사이에 배치된 제 2 배리어 층을 포함한다. 제 2 타원형 형상 비트(225)의 제 2 긴 축은 제 1 타원형 형상 비트(215)의 제 1 긴 축에 대해 평행할 수 있다. 제 2 타원형 형상 비트(225)의 제 2 긴 축이 제 1 타원형 형상 비트(215)의 제 1 긴 축의 각도와 상이한 각도에 있는 가능한 대안이 존재한다. 메모리 어레이(240)가 메모리 어레이(240)에서의 각각의 개별적인 비트의 긴 축이 어레이의 나머지의 타원형 형상 비트들의 긴 축들에 대하여 상이한 각도로 배치된 복수의 타원형 형상 비트들을 포함할 수 있다는 것이 생각될 수 있다.2A illustrates a memory array 240 according to one embodiment. Memory array 240 includes a plurality of bottom interconnect lines, a plurality of top interconnect lines disposed perpendicular to the bottom interconnect lines, and a plurality of bottom interconnect lines and a plurality of top interconnect lines. It is composed of a plurality of elliptical shape bits arranged in. According to one example, in FIG. 2B, memory array 240 includes first interconnect line 205, second interconnect line 210, and a first interconnect disposed perpendicular to first interconnect line 205. A third interconnect line 220 disposed parallel to the connection line 205, a first elliptical shape bit 215 having a first long axis, and a second elliptical shape bit 225 having a second long axis. do. Although not shown, it can be understood that the first elliptical shape bit 215 has a similar arrangement as the elliptical shape bit 115. The first elliptical shape bit 215 is disposed between the first interconnect line 205 and the second interconnect line 210. The first elliptical shape bit 215 is a first free layer, a first reference layer having a first magnetic moment disposed at an angle different from the first long axis, and a first disposed between the first free layer and the first reference layer. 1 barrier layer. The second elliptical shape bit 225 is disposed between the second interconnect line 210 and the third interconnect line 220. The second elliptical shape bit 225 is a second free layer, a second reference layer having a second magnetic moment disposed at an angle different from the second long axis, and a second disposed between the second free layer and the second reference layer. 2 barrier layers. The second long axis of the second elliptical shape bit 225 may be parallel to the first long axis of the first elliptical shape bit 215. A possible alternative exists where the second long axis of the second elliptical shape bit 225 is at an angle different from the angle of the first long axis of the first elliptical shape bit 215. It is contemplated that memory array 240 may include a plurality of elliptical shape bits disposed at different angles with respect to the long axes of the remaining elliptical shape bits of the remaining array of bits in memory array 240. Can be.

도 3a는 SOT-MRAM 메모리 셀(300)의 다른 실시예를 예시하고, 여기에서, 메모리 셀(300)은 제 1 길이방향 축(305a)을 갖는 상호연결 라인(305), 상호연결 라인(305)에 커플링된 긴 축(315a)을 갖는 타원형 형상 비트(315), 및 상호연결 라인(305)에 대해 수직으로 배치된 개별적인 콘택(310)을 포함한다. 개별적인 콘택(310)이 선택 트랜지스터, 비-선택 트랜지스터, 또는 이들 둘의 조합을 활용할 수 있다는 것이 이해될 수 있다. 타원형 형상 비트(315)는 상호연결 라인(305)과 개별적인 콘택(310) 사이에 배치될 수 있다. 긴 축(315a)은 제 1 길이방향 축(305a)에 관하여 각도를 이루어 배치된다. 개별적인 콘택(310)은 제 2 길이방향 축을 가질 수 있고, 이는 도시되지 않는다. 다른 실시예에서, 긴 축(315a)은 제 1 길이방향 축(305a) 및 제 2 길이방향 축에 관하여 각도를 이루어 배치된다.3A illustrates another embodiment of a SOT-MRAM memory cell 300, wherein the memory cell 300 is an interconnect line 305 having a first longitudinal axis 305a, an interconnect line 305. Oval shaped bits 315 having an elongated axis 315a coupled to the < RTI ID = 0.0 >), < / RTI > and individual contacts 310 disposed perpendicular to the interconnect line 305. It can be appreciated that the individual contacts 310 can utilize select transistors, non-select transistors, or a combination of both. Elliptical shape bits 315 may be disposed between interconnect line 305 and individual contacts 310. The elongate axis 315a is disposed at an angle with respect to the first longitudinal axis 305a. Individual contact 310 may have a second longitudinal axis, which is not shown. In another embodiment, the long axis 315a is disposed at an angle with respect to the first longitudinal axis 305a and the second longitudinal axis.

기준 층(325)의 피닝은 기준 층(125)을 피닝하기 위해 활용된 동일한 기법들을 활용하는 것으로 이해될 수 있다. 도 3b가 예시하는 바와 같이, 기준 층(325)의 자기 모멘트(325a)는 자유 층(320)과 상이한 각도로 피닝된다.Pinning of reference layer 325 may be understood to utilize the same techniques utilized to pin reference layer 125. As illustrated in FIG. 3B, the magnetic moment 325a of the reference layer 325 is pinned at a different angle than the free layer 320.

도 3c는 SOT-MRAM 메모리 셀(300)의 일 실시예의 측면도를 예시한다. 타원형 형상 비트(315)는 상호연결 라인(305)에 커플링된 자유 층(320), 및 개별적인 콘택(310) 상에 직접적으로 배치된 기준 층(325)을 포함한다. 자유 층(320) 및 기준 층(325)은 붕소(B), 게르마늄(Ge), 및/또는 망간(Mn)과 함께 니켈(Ni), 철(Fe), 구리(Co), 또는 이들의 합금 조합을 포함할 수 있다. 자유 층(320)은 약 1 nm 내지 6 nm의 두께를 가질 수 있고, 기준 층(325)은 약 1 nm 내지 6 nm의 두께를 가질 수 있다. 배리어 층(330)은 자유 층(320)과 기준 층(325) 사이에 배치된다. 배리어 층(330)은 마그네슘 산화물(MgO), 하프늄 산화물(HfO), 또는 알루미늄 산화물(AlOx)과 같은 산화물로 구성될 수 있고, 약 0.7 nm 내지 3 nm의 두께를 가질 수 있다. 제 1 상호연결 라인(305)은 스핀 홀 및/또는 라쉬바 효과들을 생성하기 위해 약 4 내지 20 nm의 두께를 갖는 Pt, Ta, W, Hf, Ir, CuBi, CuIr, 또는 AuW와 같은 강한 스핀 궤도 커플링을 갖는 재료로 구성될 수 있다.3C illustrates a side view of one embodiment of a SOT-MRAM memory cell 300. The elliptical shape bit 315 includes a free layer 320 coupled to the interconnect line 305, and a reference layer 325 disposed directly on the individual contact 310. The free layer 320 and the reference layer 325 are nickel (Ni), iron (Fe), copper (Co), or alloys thereof with boron (B), germanium (Ge), and / or manganese (Mn). Combinations. The free layer 320 may have a thickness of about 1 nm to 6 nm, and the reference layer 325 may have a thickness of about 1 nm to 6 nm. The barrier layer 330 is disposed between the free layer 320 and the reference layer 325. The barrier layer 330 may be made of an oxide such as magnesium oxide (MgO), hafnium oxide (HfO), or aluminum oxide (AlO x ), and may have a thickness of about 0.7 nm to 3 nm. The first interconnect line 305 has a strong spin such as Pt, Ta, W, Hf, Ir, CuBi, CuIr, or AuW with a thickness of about 4-20 nm to produce spin hole and / or lash bar effects. It may be composed of a material having an orbital coupling.

도 3d는 SOT-MRAM 메모리 디바이스(300)의 다른 실시예를 예시하고, 여기에서, 타원형 형상 비트(315)는 상호연결 라인(305)에 커플링된 기준 층(325), 및 개별적인 콘택(310) 상에 직접적으로 배치된 자유 층(320)을 포함한다. 자유 층(320)에 커플링된 개별적인 콘택(310)은 스핀 홀 및/또는 라쉬바 효과들을 생성하기 위해 약 4 내지 20 nm의 두께를 갖는 Pt, Ta, W, Hf, Ir, CuBi, CuIr, 또는 AuW와 같은 강한 스핀 궤도 커플링을 갖는 재료로 구성될 수 있고, 기준 층(325)에 커플링된 제 2 상호연결 라인(305)은 구리 또는 알루미늄으로 구성될 수 있고, 약 20 nm 내지 100 nm의 두께를 가질 수 있다. 배리어 층(330)은 자유 층(320)과 기준 층(325) 사이에 배치된다. 개별적인 콘택(310)은 비트(315)의 반대편 측들 상에 배치된 2개의 선택 트랜지스터들(335, 345)에 커플링될 수 있다. 상호연결 라인(305)은 비트들의 하나 이상의 행들과 접촉할 수 있다. 개별적인 콘택(310)은 단일 비트와 접촉할 수 있다. 그에 따라, 본 개시는, 도 3e에서 보이는 바와 같이, 독립적인 콘택들을 갖는 셀들의 어레이를 포함할 수 있다. 타원형 형상 비트(315)가 타원형 형상 비트(115)의 다양한 실시예들을 포함할 수 있다는 것이 이해될 수 있다. 예로서, 타원형 형상 비트(315)는 다음의 것: 캐핑 층, 하층, 및/또는 피닝 층 중 하나 이상을 포함할 수 있다.3D illustrates another embodiment of a SOT-MRAM memory device 300, wherein the elliptical shape bits 315 are reference layer 325 coupled to the interconnect line 305, and individual contacts 310. ) A free layer 320 disposed directly on the substrate. The individual contacts 310 coupled to the free layer 320 are Pt, Ta, W, Hf, Ir, CuBi, CuIr, having a thickness of about 4-20 nm to produce spin hole and / or lash bar effects. Or a material having a strong spin orbital coupling, such as AuW, the second interconnect line 305 coupled to the reference layer 325 may be comprised of copper or aluminum, and from about 20 nm to 100 It may have a thickness of nm. The barrier layer 330 is disposed between the free layer 320 and the reference layer 325. Individual contact 310 may be coupled to two select transistors 335, 345 disposed on opposite sides of bit 315. Interconnect line 305 may be in contact with one or more rows of bits. Individual contacts 310 may contact a single bit. As such, the present disclosure may include an array of cells with independent contacts, as shown in FIG. 3E. It can be appreciated that elliptical shape bit 315 can include various embodiments of elliptical shape bit 115. By way of example, the elliptical shape bit 315 may comprise one or more of the following: capping layer, underlayer, and / or pinning layer.

도 3e는 일 실시예에 따른 메모리 어레이(340)를 예시한다. 메모리 어레이(340)는 복수의 상호연결 라인들, 복수의 상호연결 라인들에 대해 수직으로 배치된 복수의 독립적인 콘택들, 및 복수의 상호연결 라인들 및 복수의 개별적인 콘택들에 커플링된 복수의 타원형 형상 비트들로 구성된다. 일 예에 따르면, 메모리 어레이(340)는 상호연결 라인(305), 제 1 상호연결 라인(305)에 대해 수직으로 배치된 개별적인 콘택(310), 및 긴 축(315a)을 갖는 타원형 형상 비트(315)를 포함한다. 상호연결 라인(305)은 개별적인 콘택(310)을 도시하기 위해 부분적으로 제거되었다. 타원형 형상 비트(315)는 자유 층, 긴 축과 상이한 각도로 배치된 자기 모멘트를 갖는 기준 층, 및 자유 층과 기준 층 사이에 배치된 배리어 층을 포함한다. 타원형 형상 비트(315)가 도 1d 및 도 1e에서 설명된 바와 같은 타원형 형상 비트(115)와 유사할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 메모리 어레이(340)가 메모리 어레이(340)에서의 각각의 개별적인 비트의 긴 축이 어레이의 나머지의 타원형 형상 비트들의 긴 축들에 대하여 상이한 각도로 배치된 복수의 타원형 형상 비트들을 포함할 수 있다는 것이 생각될 수 있다.3E illustrates a memory array 340 according to one embodiment. The memory array 340 includes a plurality of interconnect lines, a plurality of independent contacts disposed perpendicular to the plurality of interconnect lines, and a plurality of interconnect lines and a plurality of individual contacts coupled to the plurality of interconnect lines. Is composed of elliptical shape bits. According to one example, the memory array 340 has an elliptical shape bit having an interconnect line 305, an individual contact 310 disposed perpendicular to the first interconnect line 305, and an elongated axis 315a. 315). Interconnect line 305 has been partially removed to show individual contact 310. The elliptical shape bit 315 includes a free layer, a reference layer having magnetic moments disposed at an angle different from the long axis, and a barrier layer disposed between the free layer and the reference layer. It should be understood that elliptical shape bit 315 may be similar to elliptical shape bit 115 as described in FIGS. 1D and 1E. It is contemplated that the memory array 340 may include a plurality of elliptical shape bits disposed at different angles with respect to the long axes of the remaining elliptical shape bits of the remaining array of bits in the memory array 340. Can be.

따라서, 단축 이방성을 비트에 제공하도록 비트를 패터닝하여, 자유 층이 2개의 방향들 중 하나의 방향으로만 포인팅하게 될 것을 보장하고, 제 1 상호연결 및 제 2 상호연결에 관하여 각도를 이루어 타원형 형상 비트를 배치하고, 긴 축과 상이한 각도로 기준 층의 자기 모멘트를 배치함으로써, 자유 층의 스위칭이 강화될 수 있고, 그에 따라, 이웃하는 메모리 셀들을 방해하지 않으면서 선택 메모리 셀들의 더 신속하고 더 일관성 있는 기록 및 판독 시간들을 허용할 수 있다.Thus, the bit is patterned to provide uniaxial anisotropy to the bit, ensuring that the free layer will only point in one of two directions, and at an angle relative to the first interconnection and the second interconnection By placing the bits and placing the magnetic moment of the reference layer at an angle different from the long axis, the switching of the free layer can be enhanced, thereby making the faster and more of the selected memory cells without disturbing neighboring memory cells. Consistent write and read times can be allowed.

전술한 바가 본 개시의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시의 다른 그리고 추가적인 실시예들이 본 개시의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 고안될 수 있고, 본 개시의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.While the foregoing is directed to embodiments of the present disclosure, other and further embodiments of the present disclosure may be devised without departing from the basic scope thereof, and the scope of the present disclosure is determined by the following claims do.

Claims (24)

제 1 길이방향 축을 갖는 제 1 상호연결 라인;
상기 제 1 상호연결 라인에 대해 수직으로 배치된 제 2 길이방향 축을 갖는 제 2 상호연결 라인; 및
상기 제 1 상호연결 라인과 상기 제 2 상호연결 라인 사이에 배치된 긴 축을 갖는 타원형 형상 비트 ― 상기 긴 축은 상기 제 1 길이방향 축 및 상기 제 2 길이방향 축에 관하여 각도를 이루어 배치됨 ―
를 포함하며,
상기 타원형 형상 비트는,
자유(free) 층;
상기 긴 축과 상이한 각도로 배치되는 자기 모멘트를 갖는, 기준(reference) 층; 및
상기 자유 층과 상기 기준 층 사이에 배치된 배리어 층
을 포함하는, 메모리 셀.
A first interconnect line having a first longitudinal axis;
A second interconnect line having a second longitudinal axis disposed perpendicular to the first interconnect line; And
An elliptical shape bit having an elongated axis disposed between the first interconnect line and the second interconnect line, the elongated axis disposed at an angle with respect to the first longitudinal axis and the second longitudinal axis.
Including;
The oval shape bit,
Free layer;
A reference layer, having a magnetic moment disposed at an angle different from the elongated axis; And
A barrier layer disposed between the free layer and the reference layer
A memory cell comprising a.
제1항에 있어서,
상기 배리어 층은, 마그네슘 산화물(MgO), 하프늄 산화물(HfO), 및 알루미늄 산화물(AlOx) 중 하나 이상을 포함하는 산화물 재료를 포함하는, 메모리 셀.
The method of claim 1,
And the barrier layer comprises an oxide material comprising one or more of magnesium oxide (MgO), hafnium oxide (HfO), and aluminum oxide (AlO x ).
제1항에 있어서,
상기 타원형 형상 비트는 스핀-홀-효과-기반 자기저항 랜덤 액세스 메모리인, 메모리 셀.
The method of claim 1,
And the elliptical shape bit is a spin-hole-effect-based magnetoresistive random access memory.
제1항에 있어서,
상기 타원형 형상 비트는 라쉬바-효과(Rashba-effect)-기반 자기저항 랜덤 액세스 메모리인, 메모리 셀.
The method of claim 1,
And the elliptical shape bit is a Rashba-effect-based magnetoresistive random access memory.
제1항에 있어서,
상기 자유 층은 상기 제 1 상호연결 라인에 커플링되는, 메모리 셀.
The method of claim 1,
And the free layer is coupled to the first interconnect line.
제1항에 있어서,
상기 제 1 상호연결 라인은 백금(Pt), 탄탈럼(Ta), 텅스텐(W), 하프늄(Hf), 이리듐(Ir), 구리-비스무트(CuBi), 구리-이리듐(CuIr) 및 알루미늄-텅스텐(AuW) 중 하나 이상을 포함하고, 상기 제 1 상호연결 라인은 약 4 nm 내지 20 nm의 두께를 갖는, 메모리 셀.
The method of claim 1,
The first interconnect line is platinum (Pt), tantalum (Ta), tungsten (W), hafnium (Hf), iridium (Ir), copper-bismuth (CuBi), copper-iridium (CuIr) and aluminum-tungsten And at least one of (AuW), wherein the first interconnect line has a thickness of about 4 nm to 20 nm.
제1항에 있어서,
상기 제 1 상호연결 라인은 구리 및 알루미늄 중 하나 이상을 포함하고, 상기 제 1 상호연결 라인은 약 20 nm 내지 100 nm의 두께를 갖는, 메모리 셀.
The method of claim 1,
Wherein the first interconnect line comprises one or more of copper and aluminum, and wherein the first interconnect line has a thickness of about 20 nm to 100 nm.
제1항에 있어서,
상기 기준 층은 상기 제 1 상호연결 라인에 커플링되는, 메모리 셀.
The method of claim 1,
And the reference layer is coupled to the first interconnect line.
제1항에 있어서,
상기 긴 축은 상기 제 1 길이방향 축으로부터 5 도 내지 60 도의 각도로 배치되는, 메모리 셀.
The method of claim 1,
And the elongated axis is disposed at an angle of 5 degrees to 60 degrees from the first longitudinal axis.
제 1 길이방향 축을 갖는 상호연결 라인;
상기 상호연결 라인에 결합된 타원형 형상 비트 ― 상기 타원형 형상 비트는 긴 축을 갖고, 상기 긴 축은 상기 제 1 길이방향 축에 대하여 약 5 도와 약 60 도 사이의 각도로 배치됨 ― ; 및
상기 상호연결 라인에 대해 수직으로 배치된 개별적인 콘택(contact)
을 포함하며,
상기 타원형 형상 비트는,
자유 층;
자기 모멘트를 갖는 기준 층; 및
상기 자유 층과 상기 기준 층 사이에 배치된 배리어 층
을 포함하는, 메모리 셀.
An interconnect line having a first longitudinal axis;
An elliptical shape bit coupled to the interconnect line, the elliptical shape bit having an elongated axis, the elongated axis disposed at an angle between about 5 degrees and about 60 degrees with respect to the first longitudinal axis; And
Individual contacts disposed perpendicular to the interconnect line
Including;
The oval shape bit,
Free layer;
A reference layer having a magnetic moment; And
A barrier layer disposed between the free layer and the reference layer
A memory cell comprising a.
제10항에 있어서,
상기 타원형 형상 비트는 캐핑(capping) 층을 더 포함하는, 메모리 셀.
The method of claim 10,
And the elliptical shape bit further comprises a capping layer.
제10항에 있어서,
상기 타원형 형상 비트는 피닝(pinning) 층을 더 포함하는, 메모리 셀.
The method of claim 10,
And the elliptical shape bit further comprises a pinning layer.
제12항에 있어서,
상기 피닝 층은 반강자성체(AFM)인, 메모리 셀.
The method of claim 12,
And the pinning layer is an antiferromagnetic material (AFM).
제12항에 있어서,
상기 피닝 층은 이리듐-망가니즈(IrMn), 백금-망가니즈(PtMn), 니켈-망가니즈(NiMn), 니켈 산화물(NiO) 및 철-망가니즈(FeMn) 중 하나 이상을 포함하는, 메모리 셀.
The method of claim 12,
The pinning layer includes one or more of iridium-manganese (IrMn), platinum-manganese (PtMn), nickel-manganese (NiMn), nickel oxide (NiO), and iron-manganese (FeMn). .
제10항에 있어서,
상기 기준 층은 합성 반강자성체 구조의 부분인, 메모리 셀.
The method of claim 10,
And the reference layer is part of a synthetic antiferromagnetic structure.
제15항에 있어서,
상기 합성 반강자성체 구조는 상기 배리어 층에 인접한 제 1 강자성체 층, 제 2 강자성체 층, 및 상기 제 1 강자성체 층과 상기 제 2 강자성체 층 사이에 배치된 루테늄 층을 포함하고, 상기 기준 층은 상기 제 1 강자성체 층인, 메모리 셀.
The method of claim 15,
The synthetic antiferromagnetic structure includes a first ferromagnetic layer adjacent to the barrier layer, a second ferromagnetic layer, and a ruthenium layer disposed between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer, wherein the reference layer is the first ferromagnetic layer. A memory cell, which is a ferromagnetic layer.
제10항에 있어서,
상기 자유 층은 상기 제 1 상호연결 라인에 커플링되는, 메모리 셀.
The method of claim 10,
And the free layer is coupled to the first interconnect line.
제10항에 있어서,
상기 자유 층은 상기 개별적인 콘택에 커플링되는, 메모리 셀.
The method of claim 10,
The free layer is coupled to the respective contact.
제10항에 있어서,
상기 개별적인 콘택은 백금(Pt), 탄탈럼(Ta), 텅스텐(W), 하프늄(Hf), 이리듐(Ir), 구리-비스무트(CuBi), 구리-이리듐(CuIr) 및 알루미늄-텅스텐(AuW) 중 하나 이상을 포함하고, 상기 개별적인 콘택은 약 4 nm 내지 20 nm의 두께를 갖는, 메모리 셀.
The method of claim 10,
The individual contacts are platinum (Pt), tantalum (Ta), tungsten (W), hafnium (Hf), iridium (Ir), copper-bismuth (CuBi), copper-iridium (CuIr) and aluminum-tungsten (AuW) Wherein the individual contacts have a thickness of about 4 nm to 20 nm.
제 1 길이방향 축을 갖는 제 1 상호연결 라인;
상기 제 1 상호연결 라인에 대해 수직인 제 2 길이방향 축을 갖는 제 2 상호연결 라인;
상기 제 1 상호연결 라인에 대해 평행한 제 3 길이방향 축을 갖는 제 3 상호연결 라인;
상기 제 1 상호연결 라인과 상기 제 2 상호연결 라인 사이에 배치된 제 1 긴 축을 갖는 제 1 타원형 형상 비트 ― 상기 제 1 긴 축은 상기 제 1 길이방향 축 및 상기 제 2 길이방향 축에 관하여 각도를 이루어 배치됨 ―; 및
상기 제 2 상호연결 라인과 상기 제 3 상호연결 라인 사이에 배치된 제 2 긴 축을 갖는 제 2 타원형 형상 비트 ― 상기 제 2 긴 축은 상기 제 2 길이방향 축 및 상기 제 3 길이방향 축에 관하여 각도를 이루어 배치됨 ―
를 포함하며,
상기 제 1 타원형 형상 비트는,
제 1 자유 층;
상기 제 1 긴 축과 상이한 각도로 배치된 제 1 자기 모멘트를 갖는 제 1 기준 층; 및
상기 제 1 자유 층과 상기 제 1 기준 층 사이에 배치된 제 1 배리어 층
을 포함하고,
상기 제 2 타원형 형상 비트는,
제 2 자유 층;
상기 제 2 긴 축과 상이한 각도로 배치된 제 2 자기 모멘트를 갖는 제 2 기준 층; 및
상기 제 2 자유 층과 상기 제 2 기준 층 사이에 배치된 제 2 배리어 층
을 포함하는, 메모리 어레이.
A first interconnect line having a first longitudinal axis;
A second interconnect line having a second longitudinal axis perpendicular to the first interconnect line;
A third interconnection line having a third longitudinal axis parallel to the first interconnection line;
A first elliptical shape bit having a first elongated axis disposed between said first interconnect line and said second interconnect line, said first elongated axis being angled with respect to said first longitudinal axis and said second longitudinal axis. Arranged; And
A second elliptical shape bit having a second elongated axis disposed between the second interconnect line and the third interconnect line, the second elongated axis being angled with respect to the second longitudinal axis and the third longitudinal axis. Placed in ―
Including;
The first elliptical shape bit,
A first free layer;
A first reference layer having a first magnetic moment disposed at an angle different from the first long axis; And
A first barrier layer disposed between the first free layer and the first reference layer
Including,
The second elliptical shape bit,
A second free layer;
A second reference layer having a second magnetic moment disposed at an angle different from the second long axis; And
A second barrier layer disposed between the second free layer and the second reference layer
Including, a memory array.
제20항에 있어서,
상기 메모리 어레이는 스핀-홀-효과-기반 자기저항 랜덤 액세스 메모리 어레이인, 메모리 어레이.
The method of claim 20,
And the memory array is a spin-hole-effect-based magnetoresistive random access memory array.
제20항에 있어서,
상기 메모리 어레이는 라쉬바-효과-기반 자기저항 랜덤 액세스 메모리 어레이인, 메모리 어레이.
The method of claim 20,
And the memory array is a lash bar-effect-based magnetoresistive random access memory array.
제20항에 있어서,
상기 제 1 자유 층은 상기 제 1 상호연결 라인에 커플링되는, 메모리 어레이.
The method of claim 20,
And the first free layer is coupled to the first interconnect line.
제23항에 있어서,
상기 제 1 상호연결 라인은 백금(Pt), 탄탈럼(Ta), 텅스텐(W), 하프늄(Hf), 이리듐(Ir), 구리-비스무트(CuBi), 구리-이리듐(CuIr) 및 알루미늄-텅스텐(AuW) 중 하나 이상을 포함하고, 상기 제 1 상호연결 라인은 약 4 nm 내지 20 nm의 두께를 갖는, 메모리 어레이.
The method of claim 23, wherein
The first interconnect line is platinum (Pt), tantalum (Ta), tungsten (W), hafnium (Hf), iridium (Ir), copper-bismuth (CuBi), copper-iridium (CuIr) and aluminum-tungsten And at least one of (AuW), wherein the first interconnect line has a thickness of about 4 nm to 20 nm.
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